建筑自动喷淋系统中挡水板的正确应用

谭雷 邵玉峰

摘要：自动喷水灭火系统作为建筑内主要灭火设施之一，在近些年得到了广泛的发展和应用。挡水板作为自动喷淋系统中的一个常见的组成材料被我们广泛应用在工程实际中。带集热罩的闭式喷头，由于感温元件离顶棚距离太远，已过顶棚射流的厚度，故不能受到顶棚射流的热烟作用，在火灾早期无法启动。采用集热板而将闭式喷头远离顶棚安装这种做法是错误的。

关键词：闭式喷头; 感温元件; 集热板; 集热挡水板; 挡水板; 火（烟羽流）; 顶棚射流

1   引言

自动喷水灭火系统作为建筑内主要灭火设施之一，在近些年得到了广泛的发展和应用。我们的国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》也根据社会的发展和相应修订计划进行了重新修订，其最新版于2017年5月27日发布，并于2018年1月1日实施。

挡水板作为自动喷淋系统中的一个常见的组成材料被我们广泛应用在工程实际中。但笔者因从事消防检测、维保和消防施工工作多年，发现广大施工单位在使用时并没有理解挡水板的功能和用途，在施工时未能合理使用，未能发挥挡水板应有的功能和作用。

2   我们首先看“挡水板”在各部规范条文中的应用及描述

（1）《自动喷水灭火系统设计规范》BGJ84-85（1985年版本）中第4.2.3条：高架仓库的喷头布置，其第三款“分层板上如有孔洞、缝隙，应在该处喷头上方设置集热板”。

（2）修订后的《自动喷水灭火系统设计规范》BG50084-

2001（2001年版本）中第7.1.7条：货架内喷头上方的货架层板，应为封闭层板。货架内喷头上方如有孔洞、缝隙，应在喷头的上方设置集热挡水板。集热挡水板应为正方形或圆形金属板，其平面面积不宜小于0.12㎡，周围弯边的下沿，宜与喷头的溅水盘平齐。

（3）在最新修订的《自动喷水灭火系统设计规范》BG50084-

2017（2017年版本）中第7.1.10条：挡水板应为正方形或圆形金属板，其平面面积不宜小于0.12㎡，周围弯边的下沿宜与洒水喷头的溅水盘平齐。除下列情况和相关规范另有规定外，其他场所或部位不应采用挡水板：①设置货架内置洒水喷头的仓库，当货架内置洒水喷头上方有孔洞、缝隙时，可在洒水喷头的上方设置挡水板;②宽度大于本规范第7.2.3条规定的障碍物，增设的洒水喷头上方有孔洞、缝隙时，可在洒水喷头的上方设置挡水板。

通过对规范3个版本的解读，我们首先发现的是名词的变化。1985年版本称其为“集热板”，2001年版本将“集热板”更名为“集热挡水板”。2017年修订版再次更名为“挡水板”。由于受到老师傅教授传代的影响，“集热板”一词，至今都还在工程人员的交流中被广泛使用。所以我们很多工程人员就断章取义，认为既然叫“集热板”，顾名思义，那肯定应该是聚集热量供闭式喷头感温元件开放用的。（注：有些地方也称“集热盘”、“集热罩”）

其次，通过3个不同时期的规范条文，我们可以看出挡水板的设置，前两版都只涉及到了仓库设置多层货架，喷头多层设置时使用，最新版（2017版）在此基础上增加了有障碍物增设喷头时，障碍物有孔洞、缝隙时才加挡水板。简单举例：①大于1.2米风管下方增设喷淋时是不需要加挡水板的;②水（或桥架）排管下增设喷淋时就需要增加挡水板。

3   闭式喷头的工作原理

控制闭式喷头开放的关键元件是感温元件。闭式喷头的感温元件只有在与热烟（火）的热量交换中才能感温释放，感温元件对热烟的响应，取决于元件本身的热物理特性和热烟的流速及温差（即传热效率）。当感温元件的热物理特性一定时，元件对热烟的响应则取决于热烟的流速和元件与热烟的温差。热烟流速越大，元件与热烟的温差越大，传热效率越高，感温元件对热烟的响应速度就越快。

火灾早期时，火源上方的火羽流形成的顶棚射流即是水平流动的热烟，以火羽流正中心为圆点，顶棚射流的温度从此圆点沿径向递减，顶棚射流的流速也是沿径向递减的（见顶棚射流与闭式喷头关系图）。因此在棚下的感温元件，只能是处于火（烟）羽流正中心圆点附近部分的喷头才能启动。显然这对于控制火的火势是极为有利的。顶棚射流只有在顶棚下无静止的热烟积聚时才能产生，它只出现在火灾的初期。（注：顶棚射流是表示无限大顶棚下（即四周无限），热烟气在顶棚与静止空气之间的输运流动状况。经过相关的模拟试验，顶棚射流厚度一般为顶棚高度的5%-12%，而顶棚射流内的最大温度和速度出现在顶棚下离顶棚高1%处。顶棚射流的最大温度和流速也是可以通过相关的热力学方程式估算的，感兴趣的朋友可自行查阅资料验证。）

下面我们通过一个图例来进行说明火灾发生时火（烟）羽流及顶棚射流与闭式喷头的关系（见下图）。

图中吊顶型喷头和吊顶下安装的喷头都能受到顶棚射流的作用;直立型喷头和下垂型标准喷头的溅水盘与顶板的距离h在150mm至75mm范围内时，也能受到顶棚射流的作用，都能在早期火灾条件下及时开放。

4   挡水板安装与闭式喷头开放的关系分析

图中安装的带集热罩的闭式喷头，由于溅水盘离顶棚距离太远，已过顶棚射流的厚度，故不能受到顶棚射流的热烟作用，在火灾早期无法启动，只有等待热烟在顶棚下积聚到一定厚度，热烟层淹没了闭式喷头之后，热烟与感温元件之间才进行热交换。但这种热交换是在静止的烟气层中进行的，其传热效率很低，所以感温元件的动作时间是滞后的。由于动作时间的滞后及等待烟层厚度的积聚需要时间，使喷头感温元件的响应动作时间大大滞后。

从上图中还可以看到，处在顶棚射流中的闭式喷头其响应是成片的，而处于顶棚射以外的闭式喷头的动作是个别的，非成片的，因而无法控制火势。又可以看到，集热板对闭式喷头与热烟的热交换毫无帮助，且集热板反而会使喷頭附近的热烟冷却，对喷头的传热起到不好的作用。

现在我们再回过来看《自动喷水灭火系统设计规范》BG50084-2017（2017年版本）第7.1.10条的条文说明解释：本条规定了挡水板的适用范围和不适用范围。喷头动作所需热量主要来自热对流，需要热烟气流经喷头才能实现。调研中发现，有的商场、超市等采用增设挡水板的方式使喷头悬空布置，喷头与顶板的距离过大，这种布置方式使得喷头的动作大大滞后。美国消防协会标准《自动喷水灭火系统安装标准》NFPA13也规定，不应采用挡水板作为辅助喷头启动的方式。对于货架内置喷头和障碍物下方设置的喷头，如果恰好在喷头的上方有孔洞、缝隙，为防止喷头动作后淋湿下方的喷头而影响喷头动作，规定可在其上方设置挡水板。英国标准《固定式灭火系统一自动喷水灭火系统一设计、安装和维护》BSEN12845规定，安装在货架内，或者有孔洞的隔板、平臺、楼板或类似位置下的喷头，当较高的喷头动作时有可能淋湿下层喷头的感温元件，喷头应设有金属挡水板，并规定该挡水板的直径为75mm～150mm对挡水板的具体规定是：要求采用金属板制作，形状为圆形或正方形，其平面面积不小于0.12m2，并要求挡水板的周边向下弯边，弯边的高度要与喷头溅水盘平齐。

因此，工程中当不能保证闭式喷头溅水盘与顶板的距离时，企图采用“集热罩”来使喷头吸闭式喷头的感温元件只有在与热烟的热量交换中才能感温释放，感温元件对热烟的响应，是对闭式喷头感温释放原理的误解。采用集热板而将闭式喷头远离顶棚安装是错误的。这种做法的实际效果与我们的心里愿望正好相反。

5   结语

综上所述，建筑自动喷水灭火系统中，挡水板的功能不是聚集热量，而是当上方有喷头时，防止上方喷头开放后水滴对下方喷头进行降温，进而影响下方喷头的开放及响应时间而设置的防护措施。当工程中不能保证闭式喷头溅水盘与顶板的距离时，企图采用“防水板”使闭式喷头在热烟中感温开放，是对闭式喷头感温开放原理的误解，是不能够实现的。

参考文献：

[1]   宋  波等.自动喷水灭火系统设计规范GB50084-2017[S].2017：11.

[2]   李念慈，张明灿，万月明.建筑消防工程技术[M].北京：中国建材工业出版社，2006：222.